Propozycja wykorzystania wysokorozdzielczej mikrotomografii komputerowej do analizy gruntu spoistego w badaniach pełzania

• Autorzy: Kaczmarek Ł. , Kiełbasiński K.

Warianty tytułu

EN

Propostion of high-resolution computed microtomography use in the study of cohesive soil creep

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań z wykorzystaniem wysokorozdzielczej mikrotomografii komputerowej (μCT) zastosowanej w celu uzyskania obrazu struktury wewnętrznej gruntu. Wyniki prześwietlań μCT zostały wykorzystane do selekcji miarodajnych próbek do badań, a także do oceny zmian struktury w analizie pełzania gruntu podczas badań trójosiowych. Badania przeprowadzono na pastach gruntowych wykonanych z iłów mio-polioceńskich pobranych z Warszawy oraz próbkach NNS mioceńskiego iłołupka pochodzącego z zapadliska przedkarpackiego. Pierwszą serię badań przeprowadzono na iłowych pastach gruntowych, a następnie na iłołupkach, prowadząc standardowe badania typu CU z określeniem maksymalnych parametrów wytrzymałościowych oraz naprężeń niszczących wykorzystywanych w późniejszych badaniach pełzania. W kolejnym etapie badań, z wykorzystaniem próbek wstępnie przebadanych w mikrotomografie, przeprowadzono badania pełzania gruntu w aparacie trójosiowego ściskania przy naprężeniach osiowych nieprzekraczających maksymalnej wartości dewiatora naprężenia. Na podstawie uzyskanych obrazów struktury wewnętrznej gruntu określono typy zniszczeń w poszczególnych próbkach oraz obliczono zawartość szczelin naturalnych i pozniszczeniowych. Dodatkowo uzyskano trójwymiarowe modele próbek, które można wykorzystać do dalszych symulacji badań laboratoryjnych. Obrazy 2D i 3D wewnętrznej struktury gruntów spoistych stwarzają nowe możliwości w poznawaniu procesów zmian właściwości gruntów.

EN

Article presents results of high-resolution computed microtomography (μCT) use in internal structure of soil samples’ image analysis. These results enable the determination of reliable series of samples. Furthermore, μCT analysis revealed structure changes during static load and creep triaxial tests. The study was performed with the use of Mio-Pliocene clay paste and undisturbed Miocene clay-slate samples. The μCT tests were implemented before and after triaxial tests. Firstly, the remoulded clay samples from Warsaw were analysed and then clay-slate samples from the Carpathian Foredeep. Before creep triaxial tests were done, standard static load triaxial tests (type CU) were performed. Thanks to previous analysis stage, strength parameters and maximum failure axial stress were defined. The next stage were the creep triaxial tests with non-failure stress field condition, which were determined according to the previous study stage. Based on the obtained μCT images of the structure, the types of failure were characterised and three-dimensional models of samples were generated. Additionally, fractions of natural and post-failure fractures were calculated. Two- and three-dimensional images of the internal structure of cohesive soils establish new opportunities in the analysis of soil properties adjustment processes.

Słowa kluczowe

PL

badania trójosiowego ściskania; pełzanie gruntu; mikrotomografia komputerowa; pasta iłu mio-plioceńskiego; mioceńske iłołupki

EN

triaxial test; soil creep; computed microtomography; paste of Mio-Pliocene clay; Miocene clay-slate

• Wydawca: Wydawnictwo Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie
• Czasopismo: Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 25, No. 3
• Strony: 277--289
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys.

Twórcy

autor

Kaczmarek Ł.

• Uniwersytet Warszawski, Wydział Geologii, Instytut Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej, 02-089 Warszawa, ul. Żwirki i Wigury 93, Poland
• Wydział Inżynierii Materiałowej, Politechnika Warszawska

autor

Kiełbasiński K.

• Uniwersytet Warszawski, Wydział Geologii, Instytut Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej, 02-089 Warszawa, ul. Żwirki i Wigury 93, Poland

Bibliografia

• Barański, M., Kaczyński, R., Borowczyk, M., Kraużlis, K., Trzciński, J., Wójcik, E. i Zawrzykraj, P. (2004). Ocena zachowania się iłów plioceńskich ze Stegien w warunkach naprężeń efektywnych. Projekt badawczy KBN Nr 5 T12B 041 22. Warszawa: Archiwum NCN.
• Bąkowska, A. (2009). Zachowanie się glin lodowcowych rejonu Warszawa - Służew pod wpływem obciążeń dynamicznych. Rozprawa doktorska. Warszawa: Uniwersytet Warszawski.
• Dohnalik, M. (2013). Zwiększenie możliwości wyznaczania parametrów zbiornikowych skał z wykorzystaniem rentgenowskiej mikrotomografii komputerowej. Rozprawa doktorska. Kraków: AGH.
• Fatahi, B., Le T.M., Le M.Q. i Khabbaz, H. (2013). Soil creep effects on ground lateral deformation and pore water pressure under embankments. Geomechanics and Geoengineering, 8 (2), 107-124.
• Gasparre, A. (2005). Advanced laboratory characterization of London clay. PhD thesis. London: Imperial College London.
• Grimstad, G., Mehli, M. i Degago, S.A. (2015). Creep in clay during the first few years after construction. W Proceedings of International Symposium of the 6th International Symposium on Deformation Characteristics of Geomaterials, 915-922. Buenos Aires: Millpress.
• Head, K.H. (1986). Manual of Soil Laboratory Testing, Volume 3: Effective Stress Tests. London: Pentech Press.
• Kaczmarek, Ł. (2016). Możliwości wykorzystania wysokorozdzielczej mikrotomografii komputerowej w badaniach geologiczno-inżynierskich na przykładzie analizy iłów mio-plioceńskich. Przegląd Geologiczny, 64 (2), 105-112.
• Kaczmarek, Ł. i Gawriuczenkow, I. (2016). Porównanie wyników różnych analiz zawarto ci substancji organicznej w iłach mioplioceńskich z podłoża stacji Centrum Nauki Kopernik II linii metra w Warszawie. Przegląd Geologiczny, 64 (7), 489-494.
• Ketcham, R. i Carlson, W. (2001). Acquisition, optimization and interpretation of X-ray computed tomographic imagery: applications to the geosciences. Computers & Geosciences, 27, 381-400.
• Kisiel, I. (1982). Mechanika skał i gruntów. Warszawa: PWN.
• Le, T.M., Fatahi, B. i Khabbaz, H. (2012). Viscous behaviour of soft clay and inducing factors. Geotechnical and Geological Engineering, 30 (5), 1069-1083.
• Pinińska, J., Dobak, P. i Łukaszewski, P. (1993). Ocena stateczności zboczy drogi między regionalnej w warunkach fliszu karpackiego. W X Krajowa Konferencja Mechaniki Gruntów i Fundamentowania 21-22.10, Warszawa. Warszawa.
• Pląskowski, W. (2009). System X-ray w przemyśle spożywczym. Badania Nieniszczące, 1. 08. Pobrano z lokalizacji: http://www.badania-nieniszczace.info/BadaniaNieniszczace-Nr-01-08-2009/Serwis-Badania-Nieniszczace-01-08-2009-art-nr6.html.
• PKN-CEN ISO/TS 17892-9:2009. Badania geotechniczne. Badania laboratoryjne gruntów. Część 9: Badanie gruntów w aparacie trójosiowego ciskania po nasyceniu wodą.
• Stefaniuk, D., Tankiewicz, M. i Stróżyk, J. (2014). X-ray microtomography (CT) as a useful tool for visualization and interpretation of shear strength test results. Studia Geotechnica et Mechanica, 36 (4), 47-55.
• Vermeer, P.A. i Neher, H.P. (1999). A soft soil model that accounts for creep. W Proceedings of International Symposium Beyond 2000 in Computational Geotechnics, 249-261. Rotterdam: Balkema.
• Wejrzanowski, T., Skibiński, J., Cwieka, K. i Kurzydłowski, K.J. (2015). Micro-computed tomography and finite element method study of open-cell porous materials. W The 4th International Conference on Material Science and Engineering Technology Singapore, October 26-28, 2015. Singapore: MATEC Web of Conferences 30.
• Wiłun, Z. (1976). Zarys geotechniki. Warszawa: Wydawnictwo Komunikacji i Łączności sp. z o.o..

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).